Los investigadores de Penn State College of Engineering desarrollaron un método mejorado para predecir la temperatura cuando los plásticos cambian de flexibles a frágiles, lo que podría acelerar el desarrollo futuro de la electrónica flexible.
La electrónica flexible de próxima generación, como pantallas flexibles e implantes médicos, dependerá de materiales semiconductores que sean mecánicamente flexibles. Las predicciones precisas de la temperatura cuando se produce fragilización, conocida como temperatura de transición vítrea, es crucial para diseñar polímeros conductores que permanecenflexible a temperatura ambiente.
"El trabajo previo para predecir la transición vítrea de los polímeros se basó en modelos complejos de múltiples parámetros, pero sin embargo condujo a una precisión pobre", dijo Enrique Gómez, profesor de ingeniería química e investigador principal. "Además, mediciones experimentales precisas del vidriola transición de polímeros conjugados es un desafío "
Todos los polímeros se vuelven frágiles cuando se enfrían. Sin embargo, algunos polímeros, como el poliestireno utilizado en las copas de espuma de poliestireno, se vuelven frágiles a temperaturas superiores a la temperatura ambiente, mientras que otros polímeros, como el poliisopreno utilizado en bandas de goma, se vuelven frágiles a temperaturas mucho más bajas.
Renxuan Xie, anteriormente estudiante de doctorado en Penn State y ahora investigador postdoctoral en la Universidad de California en Santa Bárbara, encontró una manera de medir las temperaturas de transición vítrea al realizar un seguimiento de las propiedades mecánicas a medida que ocurre la fragilidad, sentando las bases para la comprensiónla relación entre la transición vítrea y la estructura.Los estudios de seguimiento determinaron la transición vítrea para 32 polímeros diferentes midiendo las propiedades mecánicas en función de la temperatura.
"Este avance, junto con los datos de varios polímeros en nuestros estudios posteriores, reveló una relación simple entre la estructura química y la transición vítrea", dijo Gómez. "Por lo tanto, ahora podemos predecir el punto de fragilidad de la estructura química".
Según Gómez, este trabajo, reportado en un número reciente de Comunicaciones de la naturaleza , permite a los investigadores predecir la temperatura de transición vítrea a partir de la estructura química de los polímeros conductores antes de que se sinteticen para su uso en electrónica. La mayoría de los polímeros conductores utilizados actualmente son frágiles e inflexibles, por lo que este avance podría acelerar el desarrollo de la electrónica flexible.
"Aunque parezca simple, somos los primeros en usar las propiedades mecánicas de los polímeros conductores para medir la temperatura de transición vítrea", dijo Gómez. "Combinamos los datos de muchos polímeros diferentes para obtener una relación simple que predice el vidriotemperatura de transición basada en la estructura química de una manera más precisa que antes ".
El estudio de Gómez fue financiado por una subvención de cuatro años y $ 1.75 millones otorgada en 2019 por la National Science Foundation para explorar la integración de teoría, simulaciones y experimentos para acelerar el desarrollo de electrónica flexible basada en compuestos orgánicos. Los siguientes pasos para estoLa investigación, dijo Gómez, son pruebas más extensas y exploración de aplicaciones prácticas.
"Ahora queremos usar nuestro modelo para diseñar polímeros conductores para fabricar dispositivos electrónicos flexibles y elásticos", dijo Gómez. "También queremos impulsar nuestro modelo para encontrar los límites y ver dónde se descompone".
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Materiales proporcionado por Estado Penn . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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